CC BY
145
ил.
Контактная информация: chistiakov52@mail.ru
БИОМЕХАНИКА ТОЧНОСТИ ДВИЖЕНИЙ - ПЕРЕНОС ДАННЫХ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ В СПОРТ
Игорь Анатольевич Воронов, доктор психологических наук, профессор, Национальный государственный университет физической культуры, спорта и здоровья имени П. Ф. Лесгафта, Санкт-Петербург, (НГУ им. П. Ф. Лесгафта, Санкт-Петербург)
Аннотация
Настоящая статья посвящена оптимизации структуры двигательных действий в интересах повышения точности движений. В данном случае проблема решается путем моделирования движений на робототехническом устройстве и переноса полученных данных в спорт. В качестве двигательного действия выбран бросок мячом в корзину. В результате эксперимента была создана новая структура броскового движения.
Ключевые слова: координационные способности, точность двигательных действий, спортивная биомеханика, степени свободы тела человека, робототехника.
BIOMECHANICS OF ACCURACY OF MOTIONS - APPLICATION OF ROBOTICS RESEARCHES IN SPORTS
Igor Anatolevich Voronov, the doctor of psychological sciences, professor, The Lesgaft National State University of Physical Education, Sport and Health,
St.-Petersburg
Annotation
The present article is devoted to optimization of motor actions structure for the interests of increase of movements accuracy. In this case the problem is solved by modeling movements on the robotics device and applying the received data in sports. As a physical action the throw a ball in a basket has been chosen. A new structure of throw's movement has been found аs a result of experiment.
Keywords: coordination abilities, accuracy of physical actions, sports biomechanics, degrees of freedom of a body of person, robotics.
Идея моделирования управления различными уровнями движений человека средствами робототехники не нова - для моделирования психических и биомеханических процессов в спорте робототехника используется, начиная с 60-х годов ХХ века.
Процессы восприятия моделируются сенсорными системами очувствления роботов:
- точность движений - манипуляторами роботов путем уменьшения количества степеней свободы движения;
- процессы управления движениями разных уровней - движениями манипуляторов от операционального до тактического и стратегического уровней поведения (моделируется роботами разных поколений - от 1-го до 3-го и выше);
- тактические закономерности спортивных игр моделируются взаимодействием роботов (этим занимается такое направление, как «социальные роботы», вообще, и спорт роботов, в частности).
В 2006 году фирмой LEGO был выпущен роботехнический комплект «Mindstorms-NXT», включающий в себя компьютер NXT, 3 сервомотора, 4 сенсора (сенсор нажатия, света, звука и ультразвука) и ПО, совместимое с ОС Windows. Этот комплект используется в качестве учебного пособия во многих колледжах и вузах Европы и США в курсе робототехники.
Ряд проведенных экспериментов показал эффективность использования комплекта «Mindstorms-NXT» в системе научно-методического обеспечения подготовки физкультурников и спортсменов. В частности, в обучении начинающих спортсменов точности выполения движений.
Точность выполняемых движений - одна из множества современных проблем спортивной биомеханики. Эта же проблема изначально стояла (и продолжает оставаться актуальной) перед роботами-манипуляторами, начиная с первого поколения. Движением роботов манипуляторов в трехмерном пространстве занимается кинематика. Точность действий роботов расчитывается решением прямой и обратной задач кинематики. Для определения точности движений в робототехнике используется матричное исчисление.
Точность (меткость) двигательных действий человека считается признаком координационных способностей, а координация определяется как «преодоление избыточных степеней свободы движущегося органа» (Бернштейн Н.А., 1947).
Известно, что число степеней свободы двигательного аппарата человека - от 244 до 500 (Fisher O., 1906; Бернштейн Н.А., 1926). При выполнении точных движений, например, бросков баскетбольного мяча в корзину (баскетбол), попадания кием по шару (бильярд), метания дротиков в мишень (дартс), уколов саблей или рапирой (фехтование) и др. каждая из этих степеней свободы может негативно повлиять на точность движения. Особенно ярко это проявляется у новичков. Логично было бы предположить, что уменьшение степеней свободы ОДА должно повысить точность движений. Это было экспериментально подтверждено при исследовании бросков мяча в корзину весьма примитивным (2 степени свободы) манипулятором (рис. 1), созданным на базе робота «LEGO-Mindstorms-NXT», и программным обеспечением для него не более сложным (рис. 2).
Манипулятор робота, оснащенный ультразвуковым сенсором, детектировал местоположение кольца (по специальному маркеру) и выполнял бросок мячом. Техника выполнения броска роботом явно отличалась от спортивной. Чья техника оптимальнее: робота или спортсмена? Для ответа на этот вопрос на занятиях по физической культуре был проведен эксперимент с 40 студентками 1-3 курсов СПбГУП.
Две группы - контрольная и экспериментальная, по 20 девушек, ранее никогда не занимавшихся баскетболом (юношей, ранее не занимавшихся баскетболом, не нашли), выполнили тест из 20 бросков баскетбольного мяча в корзину. Среднее арифметическое попаданий мячом в корзину M контрольная = 1,55, M эксперим = 1,60. Сравнение выборок по критерию W Манна-Уитни показало, что количество попаданий в корзину у обеих групп статистически достоверно (р=0,799) не различается.
Рис. 1. Манипулятор, созданный из конструктора «ЬБОО-М1М81огт8-КХТ», для бросков мяча в корзину. Робот оснащен двумя сервомоторами - для поворотов и бросков - и ультразвуковым сенсором (на фото: робот осуществляет круговое сканирование среды ультразвуковым сенсором - выполняет поиск маркера кольца, после чего будет
произведен бросок мяча в корзину)
В течение 1 тренировки (25-30 минут) студенткам экспериментальной группы показывалась техника, напоминающая технику броска манипулятора робота (со снижением количества степеней свободы движений человеческого тела).
Рис. 2. Компьютерная программа для бросков мяча в корзину: сервомотор В поворачивает манипулятор на 1 градус, до тех пор, пока ультразвуковой сенсор не определит, что расстояние до объекта стало меньше 20 см, после чего срабатывает сервомотор А
и программа останавливается
Испытуемые выполняли бросок из следующего положения (для правшей): правая ступня и левая пятка ставится на воображаемую срединную линию, параллельную боковым. Эта линия определяет плоскость броска, носок правой ступни ставится в 4-х метрах от лицевой линии (на круге), колени сгибаются в полуприседе, правый локоть опускается по направлению к правому колену, правая кисть (в ней находится мяч) располагается около правого плеча, плечи (латеральная плоскость) развернуты в плоскость броска мяча. Это положение позволяет преодолеть избыточные степени свободы «по вертикали». Затем колени и правый локоть распрямляются, и выполняется бросок.
Контрольную группу обучал мсмк по баскетболу, имевший опыт тренерской деятельности.
Затем вновь провели тест. Среднее арифметическое количества попаданий МконХрольная = 2,30, Мэксперим = 3,85. Сравнение выборок по критерию W Манна-Уитни показало, что группы по количеству попаданий стали статистически достоверно различаться (р<0,05).
При этом внутригрупповая динамика параметра по критерию и Вилкоксона и в контрольной (р=0,050), и в экспериментальной (р=0,004) группах статистически достоверно улучшились, но в экспериментальной группе положительная динамика статистически более высокая.
С психологической точки зрения, студенты, у которых наблюдался явный прогресс уже на первом занятии, эмоционально более ярко реагировали на успешность выполнения теста, и некоторые из них, впоследствии, увлеклись занятиями физической культурой, вообще, и баскетболом, в частности.
ВЫВОД
Поиск дополнительных резервов техники выполнения движений средствами робототехники может стать перспективной методикой в различных видах спорта. Этот подход интересен и с точки зрения психологии, особенно в работе по привлечению молодежи к занятиям физической культурой.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бернштейн, Н.А. Общая биомеханика. Основы учения о движении человека / Н.А. Бернштейн. - М. : ВЦСПС, 1926. - 416 с.
2. Блащак, И.М. Точность ударов по воротам в соревнованиях и тренировках футболистов и факторы ее определяющие : автореф. дис. ... канд. пед. наук / Блащак И.М. ; Гос. центр. ин-т физ. культуры. - М., 1991. - 22 с.
3. Шахинпур, М. Курс робототехники / Мозен Шахинпур. - М. : Мир. 1990. -
528 с.
4. Юревич, Е.И. Основы робототехники / Е.И. Юревич. - СПб. : БХВ-Петербург, 2007. - 416 с.
Контактная информация: woronoff1960@mail.ru
ВЛИЯНИЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ СПОРТИВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ НА ЗДОРОВЬЕ И БИОСОЦИАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЖЕНЩИН
Ирина Антоновна Грец, кандидат педагогических наук, доцент, Смоленская государственная академия физической культуры, спорта и туризма
Аннотация
В статье рассмотрено влияние занятия спортом на здоровье, семейные отношения и личную жизнь женщин. Показано, что спортивная деятельность по-разному влияет на личную жизнь, семейное положение, протекание беременности и роды. Среди спортсменок высокого класса больше женщин состоит в браке, у них большее число детей, однако, и чаще встречаются осложнения во время беременности.
Ключевые слова: спортивные достижения, женщины, здоровье, биосоциальные особенности.
THE INFLUENCE OF PROFESSIONAL SPORTS ACTIVITY ON HEALTH AND BIOSOCIAL PECULIARITIES OF WOMEN
Irina Antonovna Grets, the candidate of pedagogical sciences, senior lecturer, Smolensk State Academy of Physical Training, Sports and Tourism
Annotation
The influence of sports training on health, family relationship and private life of women has been analyzed in given article. It has been shown that sports activity influences in a different way on private life, family status, pregnancy and delivering a baby. Among elite female athletes there are more married women with more children, but they more often meet with obstacles during their pregnancy.
Key words: sport achievements, women, health, biosocial peculiarities.
ВВЕДЕНИЕ
Стремление женщин к достижению высоких спортивных результатов во многих видах спорта вызывает неоднозначную оценку среди ученых. Приводится множество примеров, когда женщины-спортсменки успешно строили свою спортивную карьеру, и их дальнейшая судьба сложилась удачно. Наряду с этим, высказываются мнения о негативном влиянии спорта на женский организм, фигуру, психику, манеру поведения, репродуктивную функцию, семейные отношения и личную жизнь [1, 3, 4, 5]. Женщины-спортсменки плохо адаптируются к социальной жизни. У них выражены признаки маскулизма, гирсутизма (мужской тип оволосения), наблюдаются нарушения менструального цикла. После окончания спортивных выступлений почти у всех возникает проблема: как жить дальше? Как строить свои отношения вне спорта?
В связи с вышеизложенным, представляется актуальным проведение комплексных исследований, направленных на выявление не только закономерностей роста спортивного мастерства женщин, но и того, как занятия спортом влияют на их личность и успешность в других сферах общественной жизни - учебе, семейной жизни, профессиональной деятельности и др.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Для исследования проблемы «Женщина и спорт» был проведен социологиче-
